(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジアントチューブ式燃焼装置のラジアントチューブ内に先端部を閉塞されて挿入される外管と、該外管と中心を一致させて前記外管の内側に配置された内管と、該内管に燃焼用空気を供給する空気供給管とを備えた空気予熱器において、
前記外管の内面に金属線材が螺旋状に接触するように前記金属線材をコイルバネ状に曲げ加工してなる乱流発生体を、前記外管と前記内管との間に設け、
前記外管の内径と前記内管の外径との半径差に対して前記金属線材の直径を０．１〜０．３倍に設定したことを特徴とする空気予熱器。
【請求項２】
請求項１に記載の空気予熱器において、前記乱流発生体のコイルピッチが前記金属線材の直径に対して５〜２０倍となるように前記金属線材をコイルバネ状に曲げ加工したことを特徴とする空気予熱器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の空気予熱器において、前記金属線材の両端部を捻った状態で前記乱流発生体を前記外管と前記内管との間に組み込んだことを特徴とする空気予熱器。
【請求項４】
請求項３に記載の空気予熱器において、前記金属線材の両端部を摘んで前記金属線材の両端部に捻り力を加えるための摘み部を前記金属線材の両端部に設けたことを特徴とする空気予熱器。
【請求項５】
請求項４に記載の空気予熱器において、前記金属線材の両端部を前記乱流発生体の内径側に折り曲げて前記摘み部を形成したことを特徴とする空気予熱器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材加熱炉などの工業用加熱炉で炉内加熱装置して用いられるラジアントチューブ式燃焼装置に付設される空気予熱器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ラジアントチューブ式燃焼装置（ラジアントチューブバーナとも称される。）は、燃料ガスを燃焼用空気と共に燃焼するバーナと、このバーナで発生した燃焼ガス熱を炉内に放熱するラジアントチューブとからなり、このようなラジアントチューブ式燃焼装置には、燃焼用空気を予熱する空気予熱器がラジアントチューブの燃焼ガス排出側端部に付設されている。
【０００３】
ラジアントチューブ式燃焼装置に付設される空気予熱器は、ラジアントチューブ内に先端部を閉塞されて挿入される金属製の外管と、この外管と中心を一致させて外管の内側に配置された内管と、この内管に燃焼用空気を供給する空気供給管となり、ラジアントチューブから排出される燃焼ガスの顕熱を回収して燃焼用空気を予熱する構造となっている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１５００７号公報
【特許文献２】特開平７−３０５８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような空気予熱器では、空気供給管から内管に供給された燃焼用空気は外管と内管との間に形成された空気予熱路を層流となって流れるため、空気予熱路に流入した燃焼用空気のうち外管の内面側を流れる燃焼用空気は外管の外面側を流れる燃焼ガスと熱交換するが、内管の外面側を流れる燃焼用空気は燃焼ガスと熱交換しない。このため、燃焼ガスとの熱交換効率が低く、燃焼用空気を効率的に予熱することができないという問題があった。
【０００６】
また、空気予熱器の下流側には燃料ガスを予熱する燃料予熱器が配置されている場合が多いため、空気予熱器の予熱効率が低くなると、燃焼ガスが高温のまま燃料予熱器に供給される。このため、空気予熱器から排出された燃焼ガスによって燃料ガスが過度に予熱され、カップリング反応やスーティング反応が発生してバーナの燃料ガス通路に固形物が析出するおそれもあった。
本発明は、上述した問題点に着目してなされたものであり、ラジアントチューブから排出される燃焼ガスの顕熱により燃焼用空気を効率的に予熱することのできる空気予熱器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、ラジアントチューブ式燃焼装置のラジアントチューブ内に先端部を閉塞されて挿入される外管と、該外管と中心を一致させて前記外管の内側に配置された内管と、該内管に燃焼用空気を供給する空気供給管とを備えた空気予熱器において、前記外管の内面に金属線材が螺旋状に接触するように前記金属線材をコイルバネ状に曲げ加工してなる乱流発生体を、前記外管と前記内管との間に設け、前記外管の内径と前記内管の外径との半径差に対して前記金属線材の直径を０．１〜０．３倍に設定したことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の空気予熱器において、前記乱流発生体のコイルピッチが前記金属線材の直径に対して５〜２０倍となるように前記金属線材をコイルバネ状に曲げ加工したことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の空気予熱器において、前記金属線材の両端部を捻った状態で前記乱流発生体を前記外管と前記内管との間に組み込んだことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載の空気予熱器において、前記金属線材の両端部を摘んで前記金属線材の両端部に捻り力を加えるための摘み部を前記金属線材の両端部に設けたことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項４に記載の空気予熱器において、前記金属線材の両端部を前記乱流発生体の内径側に折り曲げて前記摘み部を形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、空気供給管から内管に供給された燃焼用空気が外管と内管との間に形成された空気予熱路に流入すると、乱流発生体の乱流発生作用により乱流を発生させながら空気予熱路を流通する。従って、燃焼用空気が空気予熱路を層流となって流れる場合と比較して、燃焼ガスと燃焼用空気との熱交換効率を高めることができ、ラジアントチューブから排出される燃焼ガスの顕熱により燃焼用空気を効率的に予熱することができる。また、燃焼用空気と熱交換した燃焼ガスが空気予熱器の下流側に配置された燃料予熱器に高温のまま供給されることがないので、空気予熱器から排出された燃焼ガスによって燃料ガスが過度に予熱されることを防止することもできる。
【００１１】
また、請求項１の発明によれば、外管の内径と内管の外径との半径差に対して金属線材の直径が０．１倍未満の場合や０．３倍より大きい場合と比較して、燃焼ガスと燃焼用空気との熱交換効率を高めることができる。従って、ラジアントチューブから排出される燃焼ガスの顕熱により燃焼用空気をより効率的に予熱することができる。
請求項２の発明によれば、金属線材からなる乱流発生体のコイルピッチが金属線材の直径に対して５倍未満の場合や２０倍より大きい場合と比較して、燃焼ガスと燃焼用空気との熱交換効率を高めることができる。従って、ラジアントチューブから排出される燃焼ガスの顕熱により燃焼用空気をより効率的に予熱することができる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、乱流発生体の外径を外管の内径より小さくした状態で外管と内管との間に乱流発生体を組み込むことができ、従って、乱流発生体がコイルバネ状に曲げ加工された金属線材から形成されていても外管と内管との間に乱流発生体を容易に組み込むことができる。
請求項４の発明によれば、外管と内管との間に乱流発生体を組み込む際にペンチなどの摘み工具を用いて金属線材の両端部に捻り力を加えることができ、外管と内管との間に乱流発生体をより容易に組み込むことができる。
請求項５の発明によれば、金属線材の両端部に金属片を溶接接合して摘み部を形成した場合と比較して、高温環境下での使用が長期にわたっても摘み部が金属線材の両端部から脱落することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る空気予熱器の構造を示す図である。
【図２】図１に示す乱流発生体の一例を示す図である。
【図３】図１に示す外管の内径と内管の外径との半径差に対する金属線材の直径比と空気予熱器の熱回収増加割合との関係を示す図である。
【図４】図１に示す乱流発生体のコイルピッチ比と空気予熱器の熱回収増加割合との関係を調査した結果を示す図である。
【図５】図１に示す乱流発生体の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明に係る空気予熱器について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る空気予熱器の構造を示す図である。図１に示される空気予熱器１０はラジアントチューブ式燃焼装置のラジアントチューブ１１から排出される燃焼ガス１２の顕熱を回収して燃焼用空気１３を予熱するものであって、外管１４、内管１６、空気供給管１８及び乱流発生体１９を備えている。
【００１５】
外管１４は、その先端部がドーム状の外管先端部閉塞部材１５により閉塞されている。また、外管１４は熱伝導性の良好な金属からなり、ラジアントチューブ１１の燃焼ガス排出側端部からラジアントチューブ１１内に挿入されている。
内管１６は外管１４との間に空気予熱路１７を形成するものであって、外管１４と中心を一致させて外管１４の内側に配置されている。
【００１６】
空気供給管１８は内管１６に燃焼用空気１３を供給するものであって、この空気供給管１８から内管１６に供給された燃焼用空気１３は、内管１６の内側を流通した後、外管１４の先端側でＵターンし、外管１４と内管１６との間に形成された空気予熱路１７に流入するようになっている。そして、空気予熱路１７を流通した後、ラジアントチューブ式燃焼装置のバーナ（図示）に供給されるようになっている。
【００１７】
乱流発生体１９は空気予熱路１７を流通する燃焼用空気１３に乱流を発生させるためのものであって、外管１４と内管１６との間に設けられている。また、乱流発生体１９は１本の金属線材２０からなり、この金属線材２０が外管１４の内面に螺旋状に接触するように金属線材２０をコイルバネ状に曲げ加工して形成されている。
乱流発生体１９の金属線材２０は、その直径が外管１４の内径と内管１６の外径との半径差（（ｄ１−ｄ２）／２）に対して０．１〜０．３倍、好ましくは０．１〜０．２５倍に設定されている。また、金属線材２０は乱流発生体１９のコイルピッチが金属線材２０の直径に対して５〜２０倍、好ましくは７〜１５倍となるようにコイルバネ状に曲げ加工され、乱流発生体１９はコイルバネ状に曲げ加工された金属線材２０の両端部を捻った状態で外管１４と内管１６との間に組み込まれている。
【００１８】
図２は図１に示す乱流発生体の一例を示す図であり、図２に示される乱流発生体１９は、金属線材２０の両端部に摘み部２１ａ，２１ｂを有している。これらの摘み部２１ａ，２１ｂはペンチなどの摘み工具で金属線材２０の両端部を摘んで金属線材２０の両端部に捻り力を加えるためのものであって、板状の金属片を金属線材２０の両端部に溶接接合して形成されている。
【００１９】
上記のように構成される空気予熱器１０では、空気供給管１８から内管１６に供給された燃焼用空気１３が外管１４と内管１６との間に形成された空気予熱路１７に流入すると、乱流発生体１９の乱流発生作用によりスパイラル状の乱流を発生させながら空気予熱路１７を流通する。従って、燃焼用空気１３が空気予熱路１７を層流となって流れる場合と比較して、燃焼ガス１２と燃焼用空気１３との熱交換効率を高めることができ、ラジアントチューブ１１から排出される燃焼ガス１２の顕熱により燃焼用空気１３を効率的に予熱することができる。
【００２０】
また、燃焼用空気１３と熱交換した燃焼ガス１２が空気予熱器１０の下流側に配置された燃料予熱器に高温のまま供給されることがないので、空気予熱器１０から排出された燃焼ガス１２によって燃料ガスが過度に予熱されることを防止することもできる。
さらに、金属線材２０の両端部に捻った状態で乱流発生体１９を外管１４と内管１６との間に組み込むことで、乱流発生体１９の外径を外管１４の内径より小さくした状態で外管１４と内管１６との間に乱流発生体１９を組み込むことができる。従って、乱流発生体１９がコイルバネ状に曲げ加工された金属線材２０から形成されていても外管１４と内管１６との間に乱流発生体１９を容易に組み込むことができる。
【００２１】
また、図２に示すように、ペンチなどの摘み工具で金属線材２０の両端部を摘んで金属線材２０の両端部に捻り力を加えるための摘み部２１ａ，２１ｂを金属線材２０の両端部に設けることで、外管１４と内管１６との間に乱流発生体１９を組み込む際にペンチなどの摘み工具を用いて金属線材２０の両端部に捻り力を加えることができ、従って、外管１４と内管１６との間に乱流発生体１９をより容易に組み込むことができる。
【００２２】
本発明者らは、外管１４の内径と内管１６の外径との半径差に対する金属線材２０の直径比と空気予熱器１０の熱回収増加割合との関係を調査した。その結果を図３に示す。
図３に示されるように、外管１４の内径ｄ１と内管１６の外径ｄ２との半径差（（ｄ１−ｄ２）／２）に対する金属線材２０の直径比ＲＤが０．１未満になると、空気予熱器１０の熱回収増加割合が１０％以下になることがわかる。また、外管１４の内径ｄ１と内管１６の外径ｄ２との半径差（（ｄ１−ｄ２）／２）に対する金属線材２０の直径比ＲＤが０．３より大きくなると、空気予熱器１０の熱回収増加割合が１０％以下になることがわかる。
【００２３】
従って、上述した本実施形態のように、外管１４の内径と内管１６の外径との半径差に対して金属線材２０の直径を０．１〜０．３倍、好ましくは０．１〜０．２５倍に設定することで、金属線材２０の直径が外管１４の内径と内管１６の外径との半径差に対して０．１未満の場合や０．３より大きい場合と比較して、ラジアントチューブ１１から排出される燃焼ガス１２の顕熱により燃焼用空気１３をより効率的に予熱することができる。
【００２４】
また、本発明者らは、金属線材２０の直径に対する乱流発生体１９のコイルピッチ比と空気予熱器１０の熱回収増加割合との関係を調査した。その結果を図４に示す。
図４に示されるように、金属線材２０の直径ｄ３に対する乱流発生体１９のコイルピッチ比ＲＣＰが５未満になると、空気予熱器１０の熱回収増加割合が１０％以下になることがわかる。また、金属線材２０の直径ｄ３に対する乱流発生体１９のコイルピッチ比ＲＣＰが２０より大きくなると、空気予熱器１０の熱回収増加割合が１０％以下になることがわかる。
【００２５】
従って、上述した本実施形態のように、金属線材２０からなる乱流発生体１９のコイルピッチが金属線材２０の直径の５〜２０倍、好ましくは７〜１５倍となるように金属線材２０をコイルバネ状に曲げ加工することで、乱流発生体１９のコイルピッチが金属線材２０の直径に対して５未満の場合や２０より大きい場合と比較して、ラジアントチューブ１１から排出される燃焼ガス１２の顕熱により燃焼用空気１３をより効率的に予熱することができる。
【００２６】
図５は図１に示す乱流発生体の他の例を示す図であり、図５に示される乱流発生体１９が図２に示したものと異なる点は、金属線材２０の両端部を乱流発生体１９の内径側に折り曲げて摘み部２１ａ，２１ｂを形成した点である。
このように、金属線材２０の両端部を乱流発生体１９の内径側に折り曲げて摘み部２１ａ，２１ｂを形成すると、金属線材２０の両端部に金属片を溶接接合して摘み部２１ａ，２１ｂを形成した場合と比較して、高温環境下で長期にわたって使用しても摘み部２１ａ，２１ｂが金属線材２０の両端部から脱落することを防止することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１０…空気予熱器
１１…ラジアントチューブ
１２…燃焼ガス
１３…燃焼用空気
１４…外管
１５…外管先端部閉塞部材
１６…内管
１７…空気予熱路
１８…空気供給管
１９…乱流発生体
２０…金属線材
２１ａ，２１ｂ…摘み部
【図１】
0005767020.tif 000002
【図２】
0005767020.tif 000003
【図３】
0005767020.tif 000004
【図４】
0005767020.tif 000005
【図５】
0005767020.tif 000006